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Die vorliegende Erfindung betrifft eine
Ausgleichseinheit, zur Reduzierung der bei Hubkolben-
Verbrennungsmotoren von einer Kurbelwelle verursachten
Massenkräften 2. Ordnung, nach dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
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Die aus der Praxis bekannten
Ausgleichseinheiten, mit denen die bei Hubkolben-Verbrennungsmotoren
auftretenden Massenkräfte 2. Ordnung ausgeglichen werden
sollen, um die Laufkultur des Verbrennungsmotors zu
verbessern, sind in einem Gehäuse gelagert, welches die
Ausgleichseinheit umschließt und damit vom in der Ölwanne
befindlichen Ölsumpf des Motors trennt.
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Da bei der Reduzierung der Massenkräfte 2.
Ordnung sehr hohe Umfangskräfte an den Lagern der
Ausgleichseinheiten auftreten, müssen die Lagerdeckel aus
festem schweren Gussmaterial hergestellt werden. Häufig
werden hierbei die Lagerdeckel mit dem Gehäuse in einem
Stück gegossen, was zu einem hohen Gewicht der gesamten
Einheit führt. Dieses hohe Gewicht des Gehäuses für die
Ausgleichseinheit ist für moderne
Hubkolben-Verbrennungsmotoren nicht akzeptabel.
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Zudem können die Lager in den Lagerschalen
aufgrund der durch das Gehäuse vorgegebenen Wandungen bzw.
Positionen nicht beliebig plaziert, insbesondere nicht
axial verschoben werden. Die damit verbundenen
Beschränkungen in der Gestaltungsfreiheit des Montagevorgangs
führt zu Kostensteigerungen.
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Die Ausgleichswellen der Ausgleichseinheit
drehen sich mit der doppelten Drehzahl der Kurbelwelle, und
zwar entgegengesetzt zu deren Drehrichtung. Die
Ausgleichsgewichtsbereiche der Ausgleichswellen sind hierbei
häufig in etwa halbkreisförmig offen, was ohne die
Abschirmung gegen den Ölsumpf durch das Gehäuse dazu führen
würde, dass das Motoröl - ähnlich wie bei einem Quirl -
aufgewirbelt, verpanscht und verschäumt wird, was u. a.
dessen Schmierfähigkeit negativ beeinflusst. Zudem
ergeben sich aus dieser herkömmlichen Konstruktion der
Ausgleichswellen in manchen Fällen heulende Geräusche, wenn
diese nicht durch das Gehäuse vollständig abgeschirmt
werden können.
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Dementsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Ausgleichseinheit zur Reduzierung der bei
Hubkolben-Verbrennungsmotoren von einer Kurbelwelle
verursachten Massenkräften 2. Ordnung vorzuschlagen, die
konstruktiv einfacher und kostengünstiger, insbesondere
wesentlich leichter, baut, als herkömmliche
Ausgleichseinheiten.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale
des Anspruchs 1.
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Die erfindungsgemäße Ausgleichseinheit, zur
Reduzierung der bei Hubkolben-Verbrennungsmotoren von einer
Kurbelwelle verursachten Massenkräften 2. Ordnung, mit
wenigstens einer Ausgleichswelle, Ausgleichswellen-Lagern
und einem mit der Kurbelwelle gekoppelten
Ausgleichswellen-Drehantrieb weist erstmals mehrteilige, in
Längsrichtung zusammenfügbar ausgebildete Ausgleichswellen auf,
wobei die Ausgleichswelle(n) in
Ausgleichsgewichtsbereichen über eine nicht homogene Massenverteilung innerhalb
des Querschnitts der Ausgleichswelle(n) verfügt/verfügen.
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Die mehrteilige, in Längsrichtung
zusammenfügbare Ausgestaltung der Ausgleichswelle erlaubt es in
vorteilhafter Weise, deren Lager axial in Längsrichtung der
Welle dorthin zu verschieben, wo eine die Lager
aufnehmende Lagerschale bzw. ein Lagerdeckel der
Ausgleichseinheit hinsichtlich dessen Abstützung z. B. am Zylinderblock
und/oder am Kurbelwellenlager optimal positioniert werden
kann. Damit einhergehend ergibt sich der Vorteil, dass
das Gehäuse, welches herkömmliche Ausgleichseinheiten
umschließt, vollständig entfallen kann. Darüber hinaus
bietet die axiale Verschieblichkeit der Lager aufgrund der
mehrteilig, in Längsrichtung zusammenfügbar ausgebildeten
Ausgleichswellen den Vorteil, dass bei der
erfindungsgemäßen Ausgleichseinheit eine vollständige Teilungsebene
nebst zugehöriger Zentrierungen, als auch die bislang
aufwendig geteilten Lagerschalen komplett entfallen
können. Zudem erleichtert die Steckverbindung der
Ausgleichswellen sowohl deren Montage beim Zusammenbau der
Ausgleichseinheit als auch bei deren Integration in den
Motorblock, da der Montagevorgang in dessen Ausgestaltung
hierdurch weit weniger Beschränkungen unterworfen ist,
als dies bei herkömmlichen Ausgleichseinheiten der Fall
ist.
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Aufgrund der, vorzugsweise als
Massenkonzentration ausgebildeten, nicht homogenen Massenverteilung
innerhalb des Querschnitts der Ausgleichswelle, wobei diese
Massenkonzentration vorzugsweise halbkreisförmig
ausgebildet sein kann, lässt sich die Funktion einer
Ausgleichswelle, die hierfür bislang üblicherweise
exzentrische Abschnitte aufweisen musste, in einem kreisrunden
Querschnitt abbilden, in dem die herkömmliche
Exzentrizität durch eine Massenkonzentration auf einem Teilbereich
des Querschnitts erzielt wird, was zu einer besonders
kompakten Bauform führt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung
ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
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Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform
weisen die Stirnflächen benachbarter
Ausgleichswellenabschnitte eine aufeinander abgestimmte Kontur auf, die zur
gegenseitigen Ausrichtung bei den jeweiligen
Ausgleichswellenabschnitten zugeordneten
Ausgleichsgewichtsbereichen dient. Damit wird in vorteilhafter Weise
sichergestellt, dass die über eine nicht homogene
Massenverteilung simulierte Exzentrizität der Ausgleichswelle, die
aufgrund der Mehrteiligkeit der Ausgleichswelle auf
mehrere Ausgleichsgewichtsbereiche in den jeweiligen
Ausgleichswellenabschnitten aufgeteilt sein kann, in der
Summe so zueinander orientiert bzw. ausgerichtet ist,
dass die gewünschte Gesamtexzentrizität erreicht wird.
Damit ist sichergestellt, dass die Ausgleichswelle
schlussendlich das geforderte Ausgleichsmoment durch
Rotation erzeugen kann, wobei zugleich in vorteilhafter
Weise sichergestellt ist, dass die Ausgleichswelle
bevorzugt einen kreisrunden Querschnitt aufweisen kann.
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Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform
weist die eine Stirnfläche von benachbarten
Ausgleichswellenabschnitten einen Zentrierbolzen auf, der in eine
in der anderen Stirnfläche ausgebildete Zentrierbohrung
eingreift. Dies ist eine konstruktiv einfache Lösung zur
Erfüllung der vorstehend diskutierten Forderung einer
optimalen Ausrichtung der Ausgleichswellenabschnitte
zueinander, um zu vermeiden, dass diese über der Längsachse
zueinander verdreht sind.
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Bei einer weiter bevorzugten Ausführungsform
weist/weisen die Ausgleichswelle(n) einen kreisrunden
Querschnitt auf. Damit können diese auch mit den bei
heutigen Motoren extrem hohen Drehzahlen von zum Teil
deutlich über 14000 U/min frei im Ölsumpf des Motors
rotieren, ohne dass dabei das Motorenöl aufgewirbelt,
verpanscht oder gar verschäumt werden würde. Damit kann in
vorteilhafter Weise auf ein die Ausgleichswellen
umfassendes Gehäuse zur Abschirmung gegenüber dem Ölsumpf
verzichtet werden, was zu einer erheblichen Reduzierung des
Gewichts der Ausgleichseinheit führt. Zugleich können
hierbei die Herstellungskosten gesenkt werden, da
anstelle eines aufwendigen und teueren Gussgehäuses
lediglich Abstützelemente, wie beispielsweise Lagerdeckel für
die Lager der Ausgleichswellen benötigt werden. Zudem
können die Lagerdeckel dann z. B. flächig bzw. in deren
Kontur einfach ausgestaltet werden, was deren Herstellung
und Bearbeitung vereinfacht, so daß wiederum ein
kostensenkender Effekt wirksam wird. Damit einher geht ein
erheblicher Gewinn von Bauraum zwischen Kurbelwelle und Öl-
wanne, welcher ohnehin in heutigen Motoren sehr beengt
ist, da die Wandungen des die Ausgleichswellen vormals
umgebenden Gehäuses mit dem Wegfall des Gehäuses
ebenfalls entfallen können und somit keinen Bauraum
blockieren.
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Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die
Ausgleichswellen, insbesondere im Ausgleichsgewichtsbereich,
wesentlich leichter bzw. einfacher als früher bearbeitet
werden können, da diese einen kreisrunden Querschnitt
aufweisen.
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Mit dem Wegfall des herkömmlichen Gehäuses und
der Ausgestaltung der Ausgleichswellen mit einem
kreisrunden Querschnitt ergibt sich der weitere Vorteil, dass,
die Ausgleichseinheit wesentlich kompakter als bisher
ausgeführt werden kann. Dies hilft wiederum knappen
Bauraum zu sparen.
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Gemäß einer weiter bevorzugten Ausführungsform
weisen die Ausgleichswellen eine glatte Oberfläche auf.
Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass das die
Ausgleichswelle umströmende Öl nicht nur nicht verpanscht
und nicht verschäumt wird, sondern darüber hinaus einen
nur so gering als möglichen rotatorischen Mitnahmeeffekt
erfährt, so dass es im Idealfall im Nahbereich um die
Ausgleichswelle herum trotz deren Rotation in Ruhe
bleibt.
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Entsprechend einer weiter bevorzugten
Ausführungsform der Ausgleichseinheit weisen die
Ausgleichswellenabschnitte Lagersitz-Führungsabschnitte auf. Dies hat
den Vorteil, dass damit sichergestellt ist, dass die
Ausgleichswellenabschnitte in die Lager eingesteckt und bis
zu einem festen Halt am Lagersitz-Führungsabschnitt
positioniert werden können, wobei sich hier der zusätzliche
Vorteil ergibt, dass anstelle geteilter Lager nunmehr
ungeteilte Lager, die kostengünstig zu beschaffen sind,
verwendet werden können.
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Einer weiter bevorzugten Ausführungsform
zufolge kann die Ausgleichswelle anstelle in herkömmlichen
Gleitlagern in Wälzlagern gelagert werden, was die
Laufkultur und Laufruhe der Ausgleichswelle deutlich erhöht
und zudem wesentlich höhere Drehzahlen zulässt. Ferner
kann bei den Wälzlagern eine aktive Ölschmierung
entfallen, was sich in einer wesentlichen Vereinfachung der
gesamten Konstruktion niederschlägt, da auf Ölkanäle,
Ölnuten und dgl. verzichtet werden kann.
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Hierbei kann gemäß einer weiter bevorzugten
Ausführungsform das drehantriebsseitige Lager der
Ausgleichswelle, das dem Drehantrieb abgewandte Lager der
Ausgleichswelle oder beide Lager als ungeteiltes Lager
ausgebildet sein. Indem anstelle der herkömmlichen
geteilten Lager erstmals ein ungeteiltes Lager verwendet
werden kann, lassen sich auch an dieser Stelle die Kosten
deutlich senken, da geteilte Lager wesentlich teurer in
der Herstellung oder Beschaffung sind, als ungeteilte
Lager.
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Darüber hinaus läßt sich die nicht homogene
Massenverteilung innerhalb des Querschnitts der
Ausgleichswelle über eine entsprechende Massenkonzentration
innerhalb des Querschnitts der Ausgleichswelle auf einen
Teilbereich derselben erreichen. Die dabei gewünschte
Massenkonzentration lässt sich ihrerseits bevorzugt
dadurch erzielen, dass die Ausgleichswelle als Gussteil mit
einstückig gegossener Massenkonzentration im
Ausgleichsgewichtsbereich hergestellt ist. Eine hierfür gewünschte
Kontur mit einer im Querschnitt kreisrunden Ummantelung
einer Massenkonzentration beispielsweise auf der einen
Hälfte des Querschnitts und keiner Masse in einem
beispielsweise linsenförmigen, kuchenstückförmigen oder
halbkreisförmigen Abschnitt auf der anderen Seite der
Ausgleichswelle kann relativ einfach, beispielsweise
durch Kokillen- oder Sandguss, hergestellt werden, wobei
der den Hohlraum schaffende Sand nach dem Giessen durch
eine wiederverschließbare Öffnung entleert werden kann.
Eine solche Konstruktionsweise der Ausgleichswelle
erlaubt hohe Herstellungsraten bei zugleich geringen
Herstellungskosten. Zudem fällt der Nachbearbeitungsaufwand
eines Gussteiles mit kreisrundem Außenquerschnitt bei
entsprechender Formgebung der Gussform äußerst gering
aus, und kann im Idealfall sogar entfallen.
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Ebenso ist es möglich die, vorzugsweise
halbkreisförmig ausgebildete, Massenkonzentration im
Ausgleichsgewichtsbereich in eine Umhüllung aus Kunststoff,
Aluminium, Magnesium oder dgl. anderen leichten aber
festen Materialien einzugießen, deren äußerer Umfang im
Querschnitt wiederum kreisrund ausgebildet ist. Auf diese
Weise können beliebige Querschnitte im
Ausgleichsgewichtsbereich realisiert werden, da eine wie auch immer
geartete Kontur im Ausgleichsgewichtsbereich, die
zunächst zu einer Verwirbelung bzw. Verschäumung des Öls
führen würde, durch das Eingießen bzw. Ummanteln mit
einem Material, das schlussendlich an der äußeren Kontur
einen kreisrunden Querschnitt aufweist, gerade eine
solche Verquirlung des Schmieröls vermieden wird. Dies ist
eine weitere kostengünstige Herstellungsalternative zum
vorgenannten Gussverfahren.
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Weiterhin kann über die, vorzugsweise
halbkreisförmig ausgebildete Massenkonzentration im
Ausgleichsgewichtsbereich ein zylindrisches Rohr aus
Kunststoff, Aluminium, Magnesium oder dgl. anderen festen und
leichten Materialien aufgeschoben, aufgepresst oder
aufgeschrumpft werden. Dies ist eine dritte Alternative, mit
der in vorteilhafter Weise die gewünschte nicht homogene
Massenverteilung innerhalb des Querschnitts im
Ausgleichsgewichtsbereich der Ausgleichswelle erzielt werden
kann. Hierbei ist es besonders günstig, dass Rohrstücke
der gewünschten Länge von einem Halbzeug, das bereits die
gewünschte Oberflächenbeschaffenheit und
Oberflächenrauhigkeit aufweist, abgelängt werden können,
gleichermaßen können entsprechende Teilstücke von einem
die entsprechende Massenverteilung aufweisenden Profil
abgetrennt und dann an der Stelle des
Ausgleichsgewichtsbereichs im Rohrstück durch Einschieben, Einpressen oder
Aufschrumpfen platziert werden. Diese ebenfalls
kostengünstige Herstellungsvariante eröffnet relativ große
Spielräume bei der Ausgestaltung des Querschnitts im
Ausgleichsgewichtsbereich.
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Bei der erfindungsgemäßen Ausgleichseinheit
werden nur noch die hohen Umfangskräfte auffangenden
Lagerdeckel benötigt. Es müssen in vorteilhafter Weise
nicht, wie bei den herkömmlichen Ausgleichseinheiten,
alle Lager geteilt werden, vielmehr können die Lager als
ungeteilte Lager ausgebildet sein. Auf diese Weise können
die Ausgleichswellen durch die Verwendung ungeteilter
Lager in einfache Lagerbohrungen eingeschoben werden, was
zusätzlich Teile mit der entsprechenden Bearbeitung von
Passflächen, Bohrungen, Zentrierungen, nebst zusätzlichen
Befestigungselementen einsparen hilft.
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Ein Einschieben bzw. Aufstecken der
Ausgleichswellen in Lagerbohrungen lässt sich sehr gut in
Wälzlagern realisieren. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, dass
nicht nur eine geringere Reibung anfällt, als dies bei
gewöhnlichen Gleitlagern der Fall ist, sondern Wälzlager
benötigen zudem keine Schmierung mit Ölleitungen, Nuten,
Ringnuten oder dgl., was sich in einem wesentlich
geringeren Konstruktions- und Bearbeitungsaufwand positiv
bemerkbar macht. Zudem kann bei der Montage ein ungeteiltes
Lager mit der eingeschobenen Ausgleichswelle relativ
einfach in den zugeordneten Lagerdeckel eingelegt und mit
selbigem gegen den Zylinderblock verschraubt werden.
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Mit der erfindungsgemäßen Ausgleichseinheit ist
in vorteilhafter Weise kein zusätzliches Gehäuse aus
schwerem Material mehr erforderlich. Durch den Entfall
des Gehäuses der Ausgleichseinheit und die dann nur noch
erforderlichen Lagerdeckel, die zudem leichter bauen
können, als dies bislang bei den Wandungen der herkömmlichen
Gehäuse der Fall war, läßt sich eine Gewichtsreduzierung
von bis zu 60% realisieren. Der erforderliche
Konstruktionsaufwand fällt wesentlich geringer aus. In dem das
Gehäuse entfällt, wird auch keine Gehäuseteilung mehr
benötigt, was den Fertigungsaufwand wesentlich reduzieren
hilft. Durch den Entfall einer Gehäuseteilung werden auch
keine geteilten Lager mehr benötigt. Dies hilft Kosten
sparen. Es sind bei der erfindungsgemäßen
Ausgleichseinheit wesentlich weniger Teile erforderlich als bei
herkömmlichen Ausgleichseinheiten, da durch die konstruktive
Vereinfachung zusätzliche Lager und Befestigungsschrauben
sowie geteilte Lagerdeckel entfallen können. Es entstehen
keine Mehrkosten mehr, da keine zusätzlichen
Bearbeitungsschritte und auch weniger Material notwendig sind.
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Man gewinnt wesentlich mehr Bauraum, da die
erfindungsgemäße Ausgleichseinheit kompakter als herkömmliche
Ausgleichseinheiten baut.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in
Ausführungsbeispielen anhand der Figuren von der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
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Fig. 1 eine erste Variante einer
erfindungsgemäßen Ausgleichseinheit in einem
teilweise aufgebrochenen Querschnitt
von der Seite betrachtet;
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Fig. 2 eine zweite Variante einer
erfindungsgemäßen Ausgleichseinheit,
wiederum in einem teilweise
aufgebrochenen Querschnitt von der Seite
betrachtet;
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Fig. 3 einen Schnitt durch die in Fig. 1
gezeigte Ansicht längs der dort
eingetragenen Schnittlinie A-A;
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Fig. 4 einen Schnitt durch die in Fig. 1
gezeigte Ansicht entlang der dort
eingezeichneten Schnittlinie B-B;
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Fig. 5 einen weiteren Schnitt durch die in
Fig. 1 gezeigte Ansicht entlang der
dort eingetragenen Schnittlinie C-C;
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Fig. 6 eine Ansicht der in Fig. 1
dargestellten Ausgleichseinheit von unten;
und
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Fig. 7 einen Teilschnitt durch die in Fig. 1
dargestellte Ansicht längs der dort
eingetragenen Schnittlinie F-F.
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In Fig. 1 ist in einer teilweise aufgebrochenen
Schnittansicht eine erste Variante einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Ausgleichseinheit 1 von der Seite
veranschaulicht. Weitere Ansichten und Schnitte dieser
ersten Variante sind in den Fig. 3 bis 7 wiedergegeben.
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Die Ausgleichseinheit 1 weist einen
einstückigen Lagerdeckel 2 auf, der beispielsweise mittig am
Hauptlager der Kurbelwelle 20 zwischen den
Ausgleichsgewichtsbereichen 4 der Ausgleichswellen 6 angeordnet ist.
Die Ausgleichswelle 6 ist in Längsrichtung aus einem
drehantriebzugewandten Ausgleichswellenabschnitt 5 und
einem in dieser Ansicht gemäß Fig. 1 links davon
angeordneten Ausgleichswellenabschnitt 7 zusammengefügt. Im
Lagerdeckel 2 ist ein ungeteiltes Führungslager 8 mit
Lagerring gehalten, das Anschlagflächen 10 besitzt.
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Der in Fig. 1 links dargestellte Lagerdeckel 2
kann, nachdem zuvor die Ausgleichswellen 6 eingelegt
worden sind, mit den Befestigungsschrauben 14 mit dem
Kurbelwellenlagerdeckel 16 verschraubt werden, wobei eine
Führung 18 für eine gewünschte Zentrierung bzw.
Ausrichtung sorgt. Der in dieser Ansicht linke
Kurbelwellenlagerdeckel 16 kann seinerseits, nachdem die Kurbelwelle 20
in dem Kurbelwellenlagerdeckel 16 integriert worden ist,
mit Befestigungsschrauben 22 im Lagerstuhl 24 des
Zylinderblocks 26 befestigt werden.
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Die vorgenannte Führung 18 besteht
beispielsweise aus einer Führungsbüchse, welche in entsprechenden
Passungen im Kurbelwellenlagerdeckel 16 und im
Lagerdeckel 2 gehalten ist.
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Die Ölversorgung zur Schmierung dieser Lager
geschieht über eine Ringnut 27 und eine sich an die
Ringnut 27 anschließende Ölleitung 28. Die Ringnut 27 und
die Ölleitung 28 sind im Kurbelwellenlagerdeckel 16
ausgebildet und stehen in Verbindung mit den Ölleitungen 30,
die im Lagerdeckel 2 ausgebildet sind, und welche die
Ringnuten 34 des Lagerdeckels 2 als auch die Ringnuten 36
des oberen Lagers 12 mit einer ausreichenden Menge an Öl
versorgen, um eine optimale Schmierung des Führungslagers
8 der Ausgleichseinheit 1 zu gewährleisten.
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Drehantriebsseitig besitzt die
Ausgleichseinheit 1 einen zweiten Lagerdeckel 38, der in der hier
dargestellten Ausführungsform ebenfalls einstückig
ausgeführt ist. An den Lagerdeckel 38 ist eine
Befestigungsplatte 40 für die Befestigung eines Ausgleichswellen-
Drehantriebs bzw. eines Kettenantriebes 42 angegossen
(vgl. Fig. 4 und 5).
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Der in Fig. 1 rechte Lagerdeckel 38 besitzt
zwei Lagerbohrungen 43, wie dies besonders gut aus Fig. 4
hervorgeht, in welche die Ausgleichswellen 6 bzw. deren
rechte Ausgleichswellenabschnitte 5 mit den Zapfen 44 und
den bearbeiteten Lagern 46 eingeschoben werden.
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Wie weiter aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird am
Ende des Zapfens 44 jeweils ein Antriebsrad 48 mit einer
Befestigungsschraube 50 verspannt, wobei hierfür selbige
in eine Gewindebohrung 154 des
Ausgleichswellenabschnitts 7 verschraubt ist.
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Der Lagerdeckel 38 ist mit
Befestigungsschrauben 54 über geeignete Führungen 56 zentriert und im
zugeordneten vorderen Teil des in dieser Ansicht rechten bzw.
zweiten Kurbelwellenlagerdeckels 58 befestigt. Der
Kurbelwellenlagerdeckel 58 ist seinerseits mit zwei
Befestigungsschrauben 60 im vorderen Teil des Lagerstuhls 62 des
Zylinderblocks 26 verschraubt.
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Die Ölversorgung dieser drehantriebsseitigen
Lager 46 geschieht über eine Ringnut 66, die im
Kurbelwellenlagerdeckel 58 abschnittsweise um die Kurbelwelle
herum ausgebildet ist und mit einer Ölleitung 68 in
Verbindung steht. Die Ölleitung 68 führt den Schmierstoff zu
den Ölleitungen 70, welche die Ringnuten 72 versorgen Die
Ringnuten umschließen hierzu die Lager 46 zu deren
Schmierung zumindest abschnittsweise.
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Die Montage kann beispielsweise so erfolgen,
daß die Ausgleichswellenabschnitte 5 und 7 zusammen mit
den Lagern 8 bzw. 46 und den Lagerdeckeln 2 bzw. 38
zusammengefügt bzw. ineinander gesteckt werden und
vormontiert als eine kompakte Einheit mit den entsprechenden
Kurbelwellenlagerdeckeln 16 und 58 verbunden bzw. daran
befestigt werden, welche bereits mit dem Zylinderkopf 26
vormontiert sein können.
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Der Ausgleichswellen-Drehantrieb 42 wird, wie
in Fig. 5 näher ausgeführt, beispielsweise mit einem
Kettenantrieb realisiert. Der Kettenantrieb 42 weist ein
Kettenrad 74 auf, welches auf den Sitz 76 der Kurbelwelle
20 montiert ist (vgl. Fig. 1). Das Kettenrad 74 treibt
über die Kette 78 die beiden Antriebsräder 80 der
Ausgleichswellen 6 mit nach dem Lancaster-Prinzip zur
Kurbelwellendrehrichtung entgegengesetzter Drehrichtung mit
doppelter Kurbelwellendrehzahl an, wie weiter aus Fig. 5
erkennbar ist. Für die Sicherstellung einer guten
Umschlingung besitzt der Kettenantrieb 42 ein Umlenkrad 82.
Des weiteren wird die Kette 78 vermittels eines
Spannelements 84 im laufenden Betrieb ausreichend vorgespannt und
vermittels einer Führungsschiene 86 zwischen dem
Umlenkrad 82 und einem der Antriebsräder 80 ein Durchhängen
oder Schlackern verhindernd geführt.
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Anstelle eines Kettenantriebes ist auch ein
Antrieb der Ausgleichswellen 6 mit Zahnrädern möglich.
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Nach erfolgter Montage des Kettenantriebs 42
auf der Befestigungsplatte 40 vermittels der dort
vorgesehenen Befestigungspunkte 88, 92, 94 und 180 wird die
Ausgleichseinheit 1 drehantriebseitig mit einem
Gehäusedeckel 96 (vgl. Fig. 1) abgedeckt, wobei hierfür wiederum
zur Befestigung beispielsweise die Befestigungspunkte 90,
182 und 184 auf der Befestigungsplatte 40 vorgesehen
werden können.
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Zwischen der Ausgleichseinheit 1 und der
Ölwanne 98 sitzt ein entsprechend angepasstes
Ölleitungssystem 100 mit einem Ölsieb 102, zum Ansaugen des
Schmieröls in das Ölversorgungssystem des Motors 3, wie
dies beispielsweise aus Fig. 3 oder 7 deutlich wird.
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Weiterhin sind beispielsweise drei Varianten
erfindungsgemäßer Ausgleichswellen mit unterschiedlichem
Aufbau deren Querschnittes denkbar. Die Ausgleichswellen
6 können einen kreisrunden Querschnitt aufweisen mit
umlaufender Außenkontur, bearbeiteter Oberfläche 104 und
innen eine gegossene halbkreisförmige Massenkonzentration
106 aufweisen, wobei die Außenkontur eine gewünschte
Außenwandstärke haben kann.
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Bei den nicht näher dargestellten Querschnitten
verschiedener Varianten von Ausgleichswellen werden die
Massenkonzentrationen 106 auf unterschiedliche Weisen erstellt.
Neben der einstückig gegossenen Variante ist die Variante
einer mit einer Umhüllung umgossenen Massenkonzentration
und die Variante einer in ein zylindrisches Rohr
eingepressten Massenkonzentration problemlos herstellbar.
Dabei können Profile unterschiedlichen Querschnitts, z. B.
ein im wesentlichen halbkreisförmiges Ausgleichsgewicht,
das eine radiale Nase aufweist, in einen kreisrunden
Querschnitt eingegossen und auf derart beispielsweise von
einem sehr leichten Kunststoff, Aluminium, Magnesium oder
einem anderen leichten aber strapazierfähigen Material
ummantelt sein, welches seinerseits erforderlichenfalls
an der Oberfläche bearbeitet werden kann. Ferner besteht
die Möglichkeit, dass ein dünner zylinderförmiger Mantel,
der beispielsweise als zylindrisches Rohr aus Kunststoff,
Aluminium, Magnesium oder dgl. anderen leichten
Materialien ausgebildet sein kann und eine entsprechende glatte
Oberfläche aufweist, auf die vorher beispielsweise
abgerundeten Ausgleichsgewichte aufgeschoben bzw. aufgepresst
und dort befestigt bzw. aufgeschrumpft wird.
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Ein möglicher Montagevorgang der ersten
Variante einer erfindungsgemäßen Ausgleichseinheit soll
nachfolgend anhand der Fig. 1 und 3 bis 7 erläutert werden.
Der Lagerdeckel 2 wird mit dem zugehörigen Führungslager
8 im Bereich des linken Ausgleichswellenabschnittes 7 der
Ausgleichswelle 6 auf das linke Lager aufgeschoben.
Anschließend wird der zugehörige Lagerring 11 eingelegt und
die rechte Seite bzw. der rechte
Ausgleichswellenabschnitt 5 der Ausgleichswelle 6 mit der Führung 140 auf
die linke Seite bzw. den linken Ausgleichswellenabschnitt
7 der Ausgleichswelle 6 mit der Führung 142 aufgeschoben.
Damit die Position der Ausgleichsgewichte bzw. jeweiligen
Massenkonzentrationen 144 und 146 exakt aufeinander
abgestimmt sind, ist eine Zentrierungsbohrung 148 mit
eingepresstem Zentrierbolzen 150 in der Ausgleichswelle 6
vorhanden, welcher in die Bohrung 152 des linken
Ausgleichswellenabschnittes 7 eingeführt ist.
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Danach wird der antriebsseitige Lagerdeckel 38
mit dem darin befindlichen ungeteilten Loslager 46 auf
das rechte Lager der Ausgleichswelle 6 aufgeschoben.
Durch die kräftedimensionierte Befestigungsschraube 54,
auf die vorher unterhalb des Schraubenkopfes das
Antriebskettenrad 48 eingelegt wurde, wird der
Ausgleichswellenabschnitt 7 mit dessen Gewindebohrung 154 und dem
zugehörigen Anschlag 156 auf den
Ausgleichswellenabschnitt 5 mit dessen zugehörigem Gegenanschlag verspannt.
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Anschließend wird die Ausgleichseinheit 1 auf
die Gegenlager- bzw. Kurbelwellenlagerdeckel 16 und 58
aufgelegt und in dem Kurbelgehäuse mit eingelegter
Kurbelwelle 20 befestigt. Hierbei wird vorher das Gegenlager
bzw. der Kurbelwellenlagerdeckel 16 in die
Hauptlagerführung des Kurbelgehäuses eingelegt und mit den Schrauben
22 befestigt. Der Lagerdeckel 2 wird mit den Schrauben 14
und der Zentrierung 18 mit dem Lager 16 verspannt. Ebenso
wird vorher Gegenlager 58 in die entsprechende
Lagerführung des Kurbelgehäuses eingelegt und mit den Schrauben
60 befestigt. Der Lagerdeckel 38 wird mit den Schrauben
54 und entsprechender Zentrierung 56 mit dem
Kurbelwellenlagerdeckel 58 verspannt.
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Das vorstehend ausgeführt ist auch auf die in
Fig. 2 dargestellte zweite Variante einer
erfindungsgemäßen Ausgleichseinheit 1 übertragbar. Insoweit sind
gleichwirkende Bauteile mit den selben Bezugszeichen
beziffert worden. Bei der in Fig. 2 dargestellten
Ausgleichseinheit 1 sind anstelle der in Variante 1
verwendeten Gleitlager nun im Lagerdeckel 122 mit daran
angegossener Befestigungsplatte 40 Wälzlager 124 in den
vorderen, drehantriebsseitigen Lagerbohrungen 126
eingesetzt. Die Wälzlager 124 können beispielsweise als
Rillenkugellager ausgebildet sein. Die Ausgleichswelle 128
weist auf einem Zapfen 130 ein bearbeitetes Widerlager
132 für das Wälzlager 124 mit einem linken Anschlag 134
auf, und ist in dieser Darstellung rechts mit einer
Abstandshülse 136 mit dem Antriebsrad 80 verspannt. Der
besondere Vorteil der Wälzlager 124 ist hierbei in deren
deutlich geringerer Reibung als bei Gleitlagern
festzustellen, wodurch die Ölversorgung mit den Ölleitungen,
Nuten und Ringnuten in den unterschiedlichen Lagern bzw.
Lagerdeckeln vollständig entfallen kann. Der
Konstruktions- und Bearbeitungsaufwand ist damit wesentlich
geringer, als bei einer Verwendung von Gleitlagern.
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Die Montage geschieht hierbei, indem der
Lagerdeckel 158 mit dem Wälzlager 160 auf das Lager 162 der
Ausgleichswelle 128 bzw. deren linken
Ausgleichswellenabschnitt 164 aufgeschoben wird. Danach wird ein
Abstandsring eingelegt und die linke Seite der
Ausgleichswelle 128 bzw. deren rechten
Ausgleichswellenabschnitt 166 mit der Führung 168 auf die rechte Seite des
Ausgleichswellenabschnittes 164 mit der Führung 170
aufgeschoben. Die Position der Ausgleichsgewichte bzw.
jeweiligen Massenkonzentrationen zueinander können wie bei
der Ausgleichseinheit 1 gemäß der ersten
erfindungsgemä-Ben Ausführungsform aufeinander abgestimmt werden.
Anschließend wird der antriebsseitige Lagerdeckel 172 als
Loslager auf das rechte Wälzlager 124, das auf dem
Wiederlager bzw. Sitz 132 der Ausgleichswelle 128 bzw. deren
rechten Ausgleichswellenabschnitt 166 verspannt ist,
aufgeschoben. Durch die Befestigungsschraube, auf die vorher
unterhalb des Schraubenkopfes das Antriebskettenrad
eingelegt wurde, wird der Ausgleichswellenabschnitt 164 mit
der Gewindebohrung 174 und dem Anschlag 176 auf die
Ausgleichswelle 128 bzw. deren rechten
Ausgleichswellenabschnitt 166 mit dem Anschlag 178 verspannt. Die weitere
Montage kann im Prinzip erfolgen wie zur Variante 1
beschrieben.
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Der besondere Vorteil hierbei ist die geringere
Reibung, wobei die Ölversorgung mit den Ölleitungen,
Nuten und Ringnuten in den unterschiedlichen Lagern
komplett entfallen können. Damit fällt der
Bearbeitungsaufwand wesentlich geringer aus. Zudem zeichnen sich sowohl
Variante 1 als auch Variante 2 durch eine besonders
kompakte und leichte Bauweise aus.
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Die vorliegende Erfindung schafft somit eine
Ausgleichseinheit, zur Reduzierung der bei Hubkolben-
Verbrennungsmotoren von einer Kurbelwelle verursachten
Massenkräften 2. Ordnung, mit wenigstens einer
Ausgleichswelle, Ausgleichswellenlagern und einem mit der
Kurbelwelle gekoppelten Ausgleichswellen-Drehantrieb.
Erfindungsgemäß ist/sind die Ausgleichswelle(n) mehrteilig,
in Längsrichtung zusammenfügbar ausgebildet und
verfügt/verfügen in Ausgleichsgewichtsbereichen über eine
nicht homogene Massenverteilung innerhalb des
Querschnitts der Ausgleichswelle. Auf diese Weise können
kostengünstige, ungeteilte Lager eingesetzt werden und die
aufwendig geteilten Lagerschalen als auch eine komplette
Teilungsebene können entfallen, was eine wesentliche
konstruktive Vereinfachung einhergehend mit einer
Gewichtsreduzierung und einer entscheidenden Kostendämpfung zur
Folge hat.
Bezugszeichenliste
1 Ausgleichseinheit
2 Lagerdeckel
3 Motorblock
4 Ausgleichsgewichtsbereiche
5 Ausgleichswellenabschnitt
6 Ausgleichswelle
7 Ausgleichswellenabschnitt
8 Führungslager
10 Anschlagfläche
14 Befestigungsschrauben
16 Kurbelwellenlagerdeckel
18 Führung
20 Kurbelwelle
22 Befestigungsschrauben
24 Lagerstuhl
26 Zylinderblock
27 Ringnut
28 Ölleitung
30 Ölleitung
34 Ringnut
36 Ringnut
38 Lagerdeckel
40 Befestigungsplatte
42 Kettenantrieb
43 Lagerbohrungen
44 Zapfen
46 Lager
48 Antriebsrad
50 Befestigungsschrauben
54 Befestigungsschrauben
56 Führungen
58 Kurbelwellenlagerdeckel
60 Befestigungsschrauben
62 Lagerstuhl
66 Ringnut
68 Ölleitung
70 Ölleitung
72 Ringnuten
74 Kettenrad
76 Sitz
78 Kette
80 Antriebsräder
82 Umlenkrad
84 Spannelement
86 Führungsschiene
88 Befestigungspunkt
90 Befestigungspunkt
92 Befestigungspunkt
94 Befestigungspunkt
96 Gehäusedeckel
98 Ölwanne
100 Ölleitungssystem
102 Ölsieb
104 Oberfläche
106 Massenkonzentration
120 Ausgleichsgewicht
122 Lagerdeckel
124 Wälzlager
126 Lagerbohrungen
128 Ausgleichswelle
130 Zapfen
132 Widerlager
134 Anschlag
136 Abstandshülse
138 -
140 Führung
142 Führung
144 Ausgleichsgewicht
146 Ausgleichsgewicht
148 Zentrierungsbohrung
150 Zentrierbolzen
152 Bohrung
154 Gewindebohrung
156 Anschlag
158 Lagerdeckel
160 Wälzlager
162 Lager
164 Ausgleichwellenabschn.
166 Ausgleichswellenabschn.
170 Führung
172 Lagerdeckel
174 Gewindebohrung
176 Anschlag
178 Anschlag
180 Befestigungspunkt
182 Befestigungspunkt
184 Befestigungspunkt